Voie des pentoses phosphate - L3 BM - 2020-2021 - PDF

La voie des pentoses phosphate VPP Voie de DICKENS- HORECKER Plan du cours 1. Introduction 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphate 3. Le rôle de NADPH/H+ et du ribose-5P 4. Le bilan énergétique 5. La régulation 6. Conclusio...

La voie des pentoses phosphate VPP Voie de DICKENS- HORECKER Plan du cours 1. Introduction 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphate 3. Le rôle de NADPH/H+ et du ribose-5P 4. Le bilan énergétique 5. La régulation 6. Conclusion 1 1- Introduction -Autre denomination de la a voie des pentoses phosphate:  Shunt des pentoses.  Shunt Hexoses Monophosphate.  Voie du 6-phosphogluconate.  Voie de DICKENS- HORECKER. -C’est une Voie secondaire du métabolisme du Glucose, quitte la glycolyse au niveau du G6P et y revient au niveau du F6P et des trioses phosphates (glycéraldéhyde 3 phosphate: GA3P). -Objectifs:  Formation de NADPH, H⁺.  Production de résidus ribose - 5-phosphate.  Interconversion d’oses à 3, 4, 5, 6, 7 carbones.  Voie non productrice d’énergie contrairement à la glycolyse. 2  Cette voie aérobie est très importante car elle fournit des pentoses, requis pour la synthèse des acides nucléiques et des groupements prosthétiques contenant des nucléotides. Elle fournit également les éléments nécessaires à la synthèse des acides aminés aromatiques et des vitamines. La voie de l’hexose monophosphate ne produit pas directement de l’énergie, mais leNADPH formé est une source d’ATP 2 lorsque les électrons sont transportés jusqu’à l’oxygène par l’intermédiaire de la chaine respiratoire ; le NADPH peut être également utilisé par le métabolisme lipidique. 2 Cette voie est présente, aux côtés de la glycolyse à des proportions variables, chez de nombreux microorganismes. Elle est utilisée, au moins partiellement, par les levures et moisissures et de nombreuses bactéries aéro-anaérobies comme Escherichia coli. Elle joue un rôle fondamental chez les bactéries aérobies dépourvues de glycolyse (Pseudomonas, Xanthomonas, Acetobacter xylinum…). Les premières étapes conduisent à la formation de gluconate-6P et sont communes avec d’autres voies respiratoires et fermentaires. A partir du gluconate-6P, il y a formation de ribulose-5P, point de départ du cycle oxydatif des pentoses-P. -Le substrat de la voie des pentoses phosphate : est le glucose-6-phosphate : G6P. 2- Les réactions de la voie des pentoses phosphate : se déroule en Deux phases: A- Phases oxydative et irreversible:  Réaction1: elle se fait en 2 temps Réaction1a: réaction d’oxydation du G6P catalysée par la G-6-P déshydrogénase (G6-P DHase). Le coenzyme est le NADP+ est réduit en NADPH, H+ et On obtient : le 6-P-Glucono- δ lactone 6PGL. -Cʼest la première réaction de la voie des pentoses, cʼest une réaction limitante. Réaction1b: réaction d’hydrolyse du 6-P-Glucono- δ lactone 6PGL avec ouverture du cycle entre le carbone C1-C5 grâce à la lactonase (gluconolactonase) ce qui va donner le 6-phosphogluconate 6PG..  Réaction2: réaction de décarboxylation (sur le C1) oxydative (sur le C3) du 6-phosphogluconate 6PG par l’enzyme 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PG DHase)pour former le ribulose -5-P. 3  Réaction1a Réaction1b Réaction2 Phase 4 Au terme on a la formation de 2 molécules de NADPH,H+ pour une molécule de Glu-6-P plus un ribulose -5-P formé. Cʼest la voie principale de formation de NADPH dans la cellule. On perd un carbone et on obtient le ribulose 5P: premier de la voie pentose phosphate. 2-B- Phase Non oxydative et reversible: elle est divisée en 2 parties 2-B-1- Première partie non oxydative de la voie des pentoses phosphate: étape d’isomérisation et d’épimérisation des pentoses phosphate  Réaction3; le ribulose 5 P peut être le substrat de 2 enzymes: Réaction3a: isomèrase: conduisant du ribulose 5 P au Ribose 5 P Réaction3b: Épimérase: le ribulose 5 P est transformé en xylulose 5 P CH2OH Réaction3a C O Epimerase HO C H CH2OH H C OH 2 C O CH2OPO3  xylulose-5- H C OH phosphate Cétose H C OH HC O 2 H C OH CH2OPO3  ribulose-5 - H C OH phosphate Isomerase H C OH Cétose Réaction3b CH2OPO32 ribose-5- phosphate Aldose 2-B-2- Deuxième de partie non oxydative de la voie des pentoses phosphate : étape recombinant les pentoses-Phosphate en hexoses-phosphate  Réaction4: l’enzyme transcétolase transfère une unité à 2-C: [–CO – CH2OH] d’un cétose donneur (xylulose-5-P) à un aldose accepteur (ribose-5-P) Coenzyme: thiamine pyrophosphate (TPP) 5  CH2OH Transcetolase C O CH2OH HC O HO C H C O H C OH H C OH HO C H H C OH HC O H C OH H C OH + H C OH H C OH + H C OH 2 2 2 2 CH2OPO3 CH2OPO3 CH2OPO3 CH2OPO3 xylulose- ribose- glyceraldehyde- sedoheptulose- 5-phosphate 5-phosphate 3-phosphate 7-phosphate  Réaction5:l’enzyme transaldolase transfère une unité à 3-C: –CH2OH–CO– CH2OH d ’un cétose donneur (sedoheptulose-7P) à un aldose accepteur (glyceraldehyde-3P) Coenzyme: PLP Phosphate de Pyridoxal CH2OH Transaldolase C O H2C OH HO CH C O HC OH HC O HO CH HC OH HC O HC OH HC OH HC OH + HC OH HC OH + HC OH H2C OPO32 H2C OPO32 H2C OPO3 2  H2C OPO32 sedoheptulose- glyceraldehyde- erythrose- fructose- 7-phosphate 3-phosphate 4-phosphate 6-phosphate  Réaction6: l’enzyme transcétolase transfère une unité à 2-C: [–CO – CH2OH] d’un cétose donneur (xylulose-5-P) à un aldose accepteur (érythrose 4P) Coenzyme: thiamine pyrophosphate (TPP) 6 Bilan de la voie des pentoses phosphate VPP 3 molécules de ribulose 5P (3 x5= 15C) sont converties en: - 2 Fructose 6P (6x2= 12C) - 1 molécule de GAP ( 3C) C5 + C 5 ↔ C3 + C 7 C3 + C 7 ↔ C6 + C 4 C5 + C4 ↔ C6 + C 3 Soit : 6 C5 ↔ 4 C6 + 2C3 6 C5 ↔ 5 C6 7  2× Glycolyse 3- Rôles de NADPH/H+ et du Ribose : 3-A-Rôles du Ribose :  Biosynthèse de nucléotides (ATP, GTP,…).  Production d’acides nucléiques (ADN, ARN).  Production de coenzymes: -NADH/H+. -FADH2. -Coenzyme A. 3-B-Rôles du NADPH/H+ : 8 4- Bilan énergétique de la voie des pentoses phosphate : le bilan énergétique est nul, la voie des pentoses phosphate ne consomme pas d’ATP et ne produit pas d’ATP. 5- Régulation de la voie des pentoses phosphate : 5-A-Régulation de la phase oxydative : est régulée par l’enzyme Glucose-6-P déshydrogénase (G6PDHase) Enzyme clé, enzyme limitante. -Catalyse la première réaction de la phase oxydative VPP= Réaction irreversible. -La régulation du G6PDHase est allostérique: par le taux ou le rapport: NADP+ / NADPH. NADPH est un inhibiteur allostérique. – NADPH↓→ +G6PDHase – NADPH↑→ - G6PDHase NADP+ est un activateur allostérique – NADP+↑→ +G6PDHase – NADP+↓→ - G6PDHase -Le G6PDHase 5-B- Régulation de la phase non oxydative : elle est régulée par:  La disponibilité du substrat G6P.  Les besoins en NADPH,H⁺, R5P et ATP. - 4 situations : 5-B- 1-Besoins équivalents en NADPH,H⁺ et en R5P : Le G6P est acheminé selon la réaction suivante : la phase oxydative de la VPP. Réaction 3a de la première partie non oxydative: isomèrisation : conduisant du ribulose 5 P au Ribose 5 P. 9  5-B-2- Besoins plus importants en R5P : Cas de la division cellulaire ou le R5P est un précurseur nucléotidique pour la synthèse dʼADN. La majore partie du G6P est convertie en F6P+GA3P par la glycolyse. Par la deuxième partie de la phase non oxydative (R* inverses) : 2F6P+GA3P → 2 Xylulose5P+1 ribose5P. Première partie non oxydative réaction 3a+3b transforment le 2 Xylulose 5P→2 Ribose 5P. + 10 5-B-3- Besoins plus importants en NADPH,H⁺ : Cas de la synthèse des acides. Phase oxydative transforme : G6P →2 NADPH+R5P. Deuxième partie de la phase non oxydative transforme: 3R5P→ 2F6P+GAP. Ensuite les produits empruntent la voie de la néoglucogenèse →pour former le G6P qui va être utilise de nouveau par la phase oxydative VPP. L’oxydation complète d’1 molécule G6P→donne 12 molécules de NADPH,H⁺. 5-B-4- NADPH, H⁺ et ATP sont requis Phase oxydative transforme: G6P →2 NADPH+R5P Phase non oxydative transforme: 3R5P→ 2F6P+GAP Ensuite les produits empruntent la voie de la Glycolyse donnant du pyruvate dont la destination est double : 11   Soit il est utilisé pour → la biosynthèse de différentes molécules.  Soit il est oxydé : se transforme en acétyl CoAet rejoint le cycle de krebs, si les besoins en ATP sont plus importants. Ribulose5P F6P Ribose5P GAP acétyl coA Cycle de Krebs 3G6P+6NADP+5NAD+5Pi+8ADP → 5Pyruvate+3CO2+5NADH2+6NADPH+8H⁺+2H2O+8ATP 12 6- Conclusion Voie des pentoses phosphate: – A partir de 5C6 il ya formation de 6C5. – Production de NADPH et du Ribose 5P. Importance de NADPH dans la protection des cellules contre les oxydants= peroxydes (radicaux réactifs de l’oxygène) Un déficit en G6PD érythrocytaire: se manifeste par une anémie hémolytique 1a 1b 2 3a 4 1a- G6-P DHase 3b 1b- lactonase 5 2- 6-phosphogluconate DHase 3a-isomérase 6 3b- épimérase 4- transcetolase(2C) 5-transaldolase(3c) 6- transcetolase(2c) 13 14